認(rèn)知沖突 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 遷移運(yùn)用

◇溫秀香（福建：永泰縣城南小學(xué)）

2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出，科學(xué)教育要以科學(xué)思維能力、科學(xué)探究和實(shí)踐能力、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)為重點(diǎn)。學(xué)生的科學(xué)探究與實(shí)踐能力，離不開(kāi)具體的操作實(shí)踐，離不開(kāi)有趣的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。而在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，影響學(xué)生科學(xué)探究與實(shí)踐能力發(fā)展的一個(gè)重要原因，是學(xué)生缺少操作與實(shí)踐的機(jī)會(huì)。鑒于此，教師應(yīng)圍繞教材內(nèi)容，基于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，精心創(chuàng)設(shè)一些操作與實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在實(shí)操中發(fā)現(xiàn)、運(yùn)用科學(xué)知識(shí)，發(fā)展、提升自身的科學(xué)探究與實(shí)踐能力?？傮w而言，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與實(shí)踐能力的過(guò)程，大致可分為三個(gè)步驟，即認(rèn)知沖突、實(shí)踐驗(yàn)證和遷移運(yùn)用。圍繞這三個(gè)步驟，教師可采取以下策略培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)探究與實(shí)踐能力。

一、巧設(shè)情境，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突

認(rèn)知沖突是學(xué)生探究新知的原動(dòng)力，也是學(xué)生理解新知的切入點(diǎn)。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生參加科學(xué)探究與實(shí)踐活動(dòng)的積極性，教師應(yīng)圍繞教材內(nèi)容，聯(lián)系實(shí)際生活，精心創(chuàng)設(shè)一些有趣的情境，并啟迪學(xué)生在情境中產(chǎn)生認(rèn)知沖突。一旦學(xué)生產(chǎn)生了認(rèn)知沖突，他們往往會(huì)以更加積極的態(tài)度、更加飽滿的熱情參加探究活動(dòng)。

以蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)上冊(cè)“浮力”這部分內(nèi)容為例，教師拿出了同樣大小的三袋橡皮泥，同時(shí)用托盤(pán)天平對(duì)三袋橡皮泥進(jìn)行測(cè)量，證實(shí)這三袋橡皮泥的重量是相等的。之后，教師分別制作了兩艘大小不同、圓形的“船”，還有一艘形狀不同的船（如圖1），并將這三艘船同時(shí)放入一個(gè)透明的圓柱形水槽里。此時(shí)，出現(xiàn)了兩種截然不同的情況：其中兩艘較大的船浮在水面上，始終沒(méi)有下沉的跡象，另一艘較小的船卻在緩緩下沉，并最終沉入水底（如圖2）。這時(shí)教師提問(wèn)：“誰(shuí)有辦法讓這艘大的圓形船也沉入水底？”有學(xué)生提出在船里加重物，并到講臺(tái)前演示。隨著載物加重，這艘船也沉入了水底（如圖3、圖4）。

圖1

圖2

圖3

圖4

看到這種現(xiàn)象，學(xué)生都表現(xiàn)出好奇，并紛紛發(fā)表自己的疑問(wèn)：“三艘小船的重量相同，為什么一艘小船會(huì)下沉，另兩艘小船卻不會(huì)下沉呢？”“是不是一艘小船的船艙漏水了？”“船的沉浮應(yīng)該是與船的體積大小有關(guān)吧？”“這三艘船的質(zhì)量相同，它們沉浮應(yīng)該與形狀有關(guān)吧？”“船的沉浮可能與船的質(zhì)量有關(guān)吧？”……面對(duì)三艘質(zhì)量相同、體積不同、形狀不同小船的“沉與浮”，學(xué)生逐漸產(chǎn)生了認(rèn)知沖突。以學(xué)生的認(rèn)知沖突為切入點(diǎn)，教師鼓勵(lì)他們提出各種實(shí)驗(yàn)假設(shè)。

顯然，這些認(rèn)知沖突會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生進(jìn)一步探究新知的好奇心和內(nèi)驅(qū)力，因此學(xué)生在探究科學(xué)知識(shí)的過(guò)程中，就會(huì)變得更加積極、專注，對(duì)相關(guān)科學(xué)知識(shí)的理解也會(huì)更加深入、通透。這種疑惑越深刻、越有力，科學(xué)探究的目標(biāo)和方向也就越清楚、越準(zhǔn)確。

二、提出假設(shè)，讓學(xué)生自主實(shí)踐驗(yàn)證

假設(shè)、猜想，是科學(xué)研究路上不可或缺的環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕緝?nèi)容。當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生各種認(rèn)知沖突之后，教師應(yīng)鼓勵(lì)他們依據(jù)自身的已有知識(shí)，提出各種假設(shè)。下一步，教師可指導(dǎo)學(xué)生圍繞各種假設(shè)，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，并嘗試在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步驗(yàn)證自己的實(shí)驗(yàn)假設(shè)、實(shí)驗(yàn)猜想。

例如，聚焦“質(zhì)量相同、體積大小不同的橡皮泥船的沉與浮”這一認(rèn)知沖突，學(xué)生進(jìn)行假設(shè)、猜想。一些學(xué)生提出：“‘同等質(zhì)量的橡皮泥船的沉與浮’與其體積大小有關(guān)嗎？”另一些學(xué)生提出：“‘同等質(zhì)量的橡皮泥船的沉與浮’與其形狀有關(guān)嗎？”還有一些學(xué)生提出：“‘同等體積的橡皮泥船的沉與浮’與其質(zhì)量有關(guān)嗎？”由此引出三個(gè)假設(shè)，影響物體沉浮的原因可能是體積、形狀、質(zhì)量。圍繞對(duì)應(yīng)的問(wèn)題與假設(shè)，教師將學(xué)生分為若干小組（可分為9個(gè)小組，每3個(gè)小組探究一個(gè)問(wèn)題與假設(shè)），引導(dǎo)學(xué)生在小組內(nèi)討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，然后分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)方案如下。

探究問(wèn)題一：質(zhì)量、形狀相同的物體，體積不同，會(huì)影響物體的沉浮嗎？

假設(shè)：質(zhì)量、形狀相同的物體，體積不同，會(huì)影響物體的沉浮。

實(shí)驗(yàn)材料：瓶子、橡皮泥、水槽、水、天平秤。

改變條件：體積。

不變條件：質(zhì)量、船的形狀、水槽、水等。

實(shí)驗(yàn)步驟：在三個(gè)大小不一的空瓶子里裝入橡皮泥；將這三個(gè)裝有橡皮泥的瓶子放入天平秤上測(cè)量，確保三個(gè)瓶子質(zhì)量一樣；把三個(gè)瓶子放入裝入水的水槽中，觀察瓶子的沉浮狀態(tài)。

探究問(wèn)題二：質(zhì)量、體積相同的物體，形狀不同，會(huì)影響物體的沉浮嗎？

假設(shè)：質(zhì)量、體積相同的物體，形狀不同，會(huì)影響物體的沉浮。

實(shí)驗(yàn)材料：橡皮泥、水槽、水、天平秤。

改變條件：船的形狀。

不變條件：橡皮泥的質(zhì)量、船的體積大小、水、水槽等。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：用天平秤稱出三塊質(zhì)量一樣的橡皮泥，分別做成長(zhǎng)方體、正方體、圓柱形的船；把三艘小船放入水中，觀察它們的沉浮狀態(tài)。

探究問(wèn)題三：形狀、體積相同的物體，質(zhì)量不同，會(huì)影響物體的沉浮嗎？

假設(shè)：形狀、體積相同的物體，質(zhì)量不同，會(huì)影響物體的沉浮。

實(shí)驗(yàn)材料：瓶子，橡皮泥、水槽、水。

改變條件：船的質(zhì)量。

不變條件：船的體積大小、船的形狀、水槽、水等。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：給體積、形狀相同的瓶子貼上標(biāo)簽1，2，3；在1 號(hào)瓶子里裝滿橡皮泥，在2 號(hào)瓶子里裝一半橡皮泥，在3 號(hào)瓶子里裝少許橡皮泥；把三個(gè)瓶子放入水中，觀察它們的沉浮狀態(tài)。

學(xué)生按照這3 個(gè)方案分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這時(shí)每個(gè)學(xué)生都興致勃勃地投入探究實(shí)踐中。

最后，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、分析，第1，2，3 小組學(xué)生發(fā)現(xiàn)：質(zhì)量相同的物體,體積越大越容易上??；第4，5，6 小組學(xué)生發(fā)現(xiàn)：體積和質(zhì)量相同的船,沉浮與形狀無(wú)關(guān)，同時(shí)他們也發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量相同的物體，體積越大越容易上?。坏?，8，9 小組學(xué)生發(fā)現(xiàn)：體積和形狀相同，質(zhì)量越小越容易上浮，質(zhì)量越大越容易下沉。

通過(guò)自主驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)假設(shè)，學(xué)生不僅提升了自身的實(shí)驗(yàn)操作能力，還提高了自身的觀察能力。同時(shí)，學(xué)生對(duì)相關(guān)科學(xué)知識(shí)的理解也從淺表化走向深入化，從片面化走向全面化。

三、歸納反思，讓學(xué)生學(xué)會(huì)遷移應(yīng)用

準(zhǔn)確、巧妙地利用科學(xué)知識(shí)解決相關(guān)問(wèn)題，是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的根本目標(biāo)。在鼓勵(lì)、指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自主實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自身的實(shí)驗(yàn)假設(shè)、實(shí)驗(yàn)猜想的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)組織學(xué)生對(duì)整個(gè)驗(yàn)證過(guò)程進(jìn)行歸納反思，完整歸納、清晰梳理相關(guān)的科學(xué)知識(shí)，深化對(duì)相關(guān)科學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)與理解。在此基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試遷移應(yīng)用科學(xué)知識(shí)解決相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。

仍以探究“橡皮泥船的沉與浮”這部分內(nèi)容為例，當(dāng)兩個(gè)小組的學(xué)生完成驗(yàn)證任務(wù)之后，教師組織他們進(jìn)行歸納反思。

探究問(wèn)題一：質(zhì)量、形狀相同的物體，體積不同，會(huì)影響物體的沉浮嗎？

船大中小我的發(fā)現(xiàn)沉浮狀態(tài)浮在水面懸在水中沉在水底體積會(huì)影響物體的沉浮

探究問(wèn)題二：質(zhì)量、體積相同的物體，形狀不同，會(huì)影響物體的沉浮嗎？

船長(zhǎng)方體正方體圓柱體我的發(fā)現(xiàn)沉浮狀態(tài)空船浮在水面浮在水面浮在水面形狀不會(huì)影響物體的沉浮載1個(gè)砝碼沉在水底沉在水底沉在水底

探究問(wèn)題三：形狀、體積相同的物體，質(zhì)量不同，會(huì)影響物體的沉浮嗎？

瓶子1號(hào)2號(hào)3號(hào)我的發(fā)現(xiàn)沉浮狀態(tài)沉在水底懸在水中浮在水面質(zhì)量會(huì)影響物體的沉浮

經(jīng)過(guò)研究，學(xué)生明白了：影響物體沉浮的因素是物體的體積和質(zhì)量，而物體的形狀不會(huì)影響物體的沉浮。

接下來(lái)，教師鼓勵(lì)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際說(shuō)一說(shuō)這些關(guān)于沉與浮的科學(xué)知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。學(xué)生找到許多生活中應(yīng)用浮力的例子，如浮橋、救生衣、釣魚(yú)魚(yú)漂、艦艇等。有學(xué)生說(shuō)，盡管航空母艦、萬(wàn)噸級(jí)郵輪，都是“鋼筋鐵骨”，都特別重，但是，因?yàn)樗鼈兊捏w積足夠大，因?yàn)樗鼈兌际强招牡?，所以能夠在大海上航行。也有學(xué)生說(shuō)，盡管相對(duì)于航空母艦、萬(wàn)噸級(jí)郵輪而言，一顆小鐵釘?shù)闹亓课⒉蛔愕?，但是，小鐵釘卻無(wú)法在水面上漂浮，那是因?yàn)樾¤F釘體積太小了……對(duì)于學(xué)生的觀點(diǎn)，教師予以肯定。同時(shí)，教師又提出了一個(gè)新的問(wèn)題：為什么潛艇有時(shí)能夠浮在海面，有時(shí)又會(huì)沉入海底呢？請(qǐng)你們嘗試運(yùn)用“浮力”的相關(guān)知識(shí)，予以解釋說(shuō)明。最后教師請(qǐng)學(xué)生課后設(shè)計(jì)制作一個(gè)利用浮力原理的玩具，并舉行比賽。教師這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生探究、運(yùn)用“浮力”相關(guān)知識(shí)的濃厚興趣，也培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究和實(shí)踐能力，以及創(chuàng)新精神。

在教師的啟迪、引領(lǐng)下，通過(guò)歸納反思，學(xué)生能更為深入、細(xì)致、準(zhǔn)確地理解浮力知識(shí)；通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，學(xué)生能進(jìn)一步發(fā)展自身的科學(xué)探究與實(shí)踐能力；通過(guò)遷移運(yùn)用，學(xué)生能進(jìn)一步提升自身運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決相關(guān)實(shí)際問(wèn)題的能力。最終，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)也會(huì)得到一定的發(fā)展與提升。

總而言之，在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與實(shí)踐能力作為一項(xiàng)主要任務(wù)，采取以下策略，有的放矢、循序漸進(jìn)地培養(yǎng)、發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究與實(shí)踐能力：創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突；提出假設(shè)，讓學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；歸納反思，讓學(xué)生學(xué)會(huì)遷移運(yùn)用。以“認(rèn)知沖突”為起始點(diǎn)，以“實(shí)踐驗(yàn)證”為突破點(diǎn)，以“遷移運(yùn)用”為落腳點(diǎn)，學(xué)生的科學(xué)探究與實(shí)踐能力定會(huì)潛滋暗長(zhǎng)。當(dāng)學(xué)生具備科學(xué)探究與實(shí)踐能力之后，他們就相當(dāng)于擁有了一把開(kāi)啟科學(xué)之門(mén)的鑰匙，就能通過(guò)探究與實(shí)踐，全面、深入、細(xì)致地探究科學(xué)知識(shí)的奧秘，并以此提升自身的科學(xué)素養(yǎng)。